年产10万吨9°P淡色啤酒厂发酵车间设计

四川理工学院毕业论文 I 四川理工学院毕业设计 年产 10 万吨 9 P 淡色啤酒厂发酵车间设计 学 生 唐小川 学 号 12051050110 专 业 生物工程 班 级 12 级生物工程本硕班 指导教师 黄治国 四川理工学院生物工程系 二 O 一六年五月 毕业设计任务书 II 四四 川川 理理 工工 学学 院院 毕业设计 论文 任务书毕业设计 论文 任务书 设计 论文 题目设计 论文 题目 年产 10 万吨啤酒厂发酵车间工艺设计 系系 生物工程 专业 生物工程 班级 生工本硕班 学号 12051050110 学生学生 唐小川 指导教师指导教师 黄治国 接受任务时间接受任务时间 2016 年 3 月 14 日 教研室主任教研室主任 签名 二级学院院长 签名 0 0 毕业设计 论文 的主要内容及基本要求毕业设计 论文 的主要内容及基本要求 全厂工艺流程及工艺参数选择论证 发酵车间物料及热量衡算 绘制全厂工艺方框流程图 绘制发酵车间带控制点工艺流程图 绘制发酵车间平面图 立面图各一份或主体设备装配图一份 撰写设计说明书一份 1 1 指定查阅的主要参考文献及说明指定查阅的主要参考文献及说明 1 顾国贤 酿造酒工艺学 第二版 M 中国轻工业出版社 1996 2 管敦议 啤酒工业手册 第一版 M 中国轻工业出版社 1985 3 化工设备设计手册 第一版 M 编写组 材料也零部件 上海人民出版社 1973 4 梁世中 生物工程设备 第一版 M 中国轻工业出版社 2006 5 吴思方 发酵工厂工艺设计概论 第一版 M 中国轻工业出版社 2006 3 3 进度安排 进度安排 设计 论文 各阶段名称起 止 日 期 1 1 毕业设计下达任务 搜集有关材料 数据 2016 3 14 2016 3 20 2 2 进行设备选型 设计方案的初步确定 2016 3 21 2016 3 30 3 3 工艺论证 物料衡算 基础数据进行 统一 2016 4 01 2016 4 15 4 4 车间设备选型 2016 4 16 2016 4 20 5 5 绘图和设计说明书的撰写 2016 4 21 2016 6 10 注 注 本表在学生接受任务时下达 四川理工学院毕业论文 III 毕 业 设 计 说 明 书 题 目 年产 10 万吨淡色啤酒厂发酵车间设计 9 P 学 生 唐小川 系 别 生 物 工 程 系 专 业 班 级 生物工程 12 级本硕班 学 号 12051050110 指 导 教 师 黄治国 四川理工学院毕业论文 I 目 录 前 言 1 第一章 全厂工艺论证 2 1 1 原 料 2 1 1 1 大麦 2 1 1 2 啤酒酿造用水 2 1 2 麦芽制备 2 1 3 麦芽汁制备工艺 3 1 3 1 概述 3 1 3 2 麦汁制造的工艺要求 3 1 3 3 麦芽与玉米的粉碎 4 1 3 4 啤酒糖化的其他辅料 5 1 3 7 麦芽醪的过滤 9 1 3 8 麦汁的煮沸 酒花 10 1 3 9 麦汁的处理 11 1 3 10 麦汁的充氧 13 1 4 啤酒发酵 14 1 4 1 啤酒发酵机理 14 1 4 2 啤酒发酵工艺 14 1 4 3 发酵温度 15 1 4 4 罐压 CO2 浓度对发酵的影响 16 1 4 5 啤酒的过滤 16 第二章 工 艺 计 算 16 2 1 物料衡算 16 2 1 1 定额指标 16 2 2 发酵车间物料衡算 17 2 3 工艺耗水量计算 含冷水 22 2 4 发酵车间耗冷衡算 24 第三章 发酵车间设备的设计与选型 29 3 1 发酵罐的设计与选型 29 3 1 1 发酵罐体积确定 29 3 1 2 罐子个数的确定 30 3 1 3 发酵罐材料的选择 30 3 2 发酵车间其他附属设备选型 34 3 2 1 清酒罐 34 3 2 2 扩大培养罐选型 34 3 2 3 麦汁杀菌罐 36 3 2 4 过滤设备 36 3 3 车间布置 37 3 3 1 厂房的整体布置和轮廓设计 37 3 3 2 厂房的立面布置 37 目录 II 3 3 3 厂房的平面布置 37 3 4 1 发酵设备 38 发酵罐数量较多 车间布置形式沿车间长度方向呈四条直线对称整齐排列 发酵罐间 距离 1 5m 离墙距离也为 1 5m 锥底离地面距离大概 1 5m 38 3 4 2 泵 38 3 4 3 过滤机 38 3 4 4 其他罐 38 3 4 5 门 楼梯 38 第 4 章 参考文献 39 1 1 四川理工学院毕业论文 绪论 啤酒是国际性的低酒精度饮料酒 为广大人们所喜爱 啤酒工业在世界范围内的 发展是很快的 生产技术日益改进 尤其是六十年代后 啤酒工业在科学研究不短发 展的基础上 无论在生产工艺或生产设备方面都有突飞猛进的变革 其主要表现为生 产周期不断缩短 生产规模不断扩大 生产效率不断提高 啤酒是世界上产量最大 酒精含量最低 营养含量非常丰富的酒种 早在 1977 年 7 月 2 日在墨西哥举行的第 9 届 国际营养食品会议 上就被正式列为营养丰富食品 据统计 除茶 碳酸饮料和 牛奶外 啤酒与咖啡并列 2001 年世界人均消费量第四位 达到 23L 啤酒的历史悠久 大约起源于 9 千年前的中东和古埃及地区 后跨越地中海 传 入欧洲 19 世纪末 随着欧洲强国向东方侵略 传入亚洲 啤酒是世界性饮料酒 现 在除了伊斯兰国家由于宗教原因不生产和不饮用酒外 啤酒生产几乎遍及世界各地 啤酒是世界产量最大的饮用酒 已达 11300 万吨 人均占有量 23L 我国是人口大国 也是酒类消费市场最大的国家 改革开放以来 随着国民经济的发 展及人民生产生活水平的日益提高 我国城乡广大消费者对啤酒的求购量越来越大 尤其以优质名牌啤酒供不应求 啤酒中含有丰富的蛋白质 氨基酸 微量元素 开胃 健脾 清爽解渴的作用 中国啤酒大发展期是 20 世纪 70 年代末至 80 年代 随着啤酒工业的发展 20 世纪 90 年代中期以后将向大型化 集中化 集团化发展 现在已经有近 30 家啤酒企业年产 量超过 10 万吨 这些大型厂的产量以超过全国总产量的 25 年产 5 10 万吨的中型 啤酒厂以超过 40 家 产量占全国总产量的 20 以上 但是这仍然不能满足现在人们对 啤酒的需要 为了顺应发展趋势所以需要设计一个规模较大 工艺先进的现代化啤酒 厂 2 第一章 全厂工艺论证 四川理工学院毕业论文 3 第一章 全厂工艺论证 1 11 1 原原 料料 1 1 11 1 1 大麦大麦 啤酒有史以来 都是以大麦作为主要原料 大麦便于发芽 酶系统全面 生长遍 及全球 适应各种气候 价格低廉 又非主粮 制成的酒更别具风格 所以啤酒酿造 一直使用 大麦在人工控制的外界条件下发芽的过程 即为麦芽制造 简称 制麦 发芽后 的新鲜麦芽称绿麦芽 绿麦芽经培燥后称干麦芽 1 1 21 1 2 啤酒酿造用水啤酒酿造用水 水是啤酒生产的重要原料 啤酒酿造用水主要是糖化用水 洗涤麦糟用水和啤酒 稀释用水 这些水直接参与工艺反应 是麦汁和啤酒的主要成分 水质状况对整个酿 造过程有非常重要的影响 因此 酿造用水首先要符合我国饮用水的标准 GB5749 85 然后再根据酿造啤酒的类型予以调整 改良水质可以针对性地选择过虑 煮沸 加酸 加石膏 离子交换或电渗析 活性炭过虑 紫外线消毒等 啤酒生产用水主要包括加工水及洗涤 冷却水两大部分 加工用水中投料水 洗 糟水 啤酒稀释用水直接参与啤酒酿造 是啤酒的重要原料之一 在习惯上称作酿造 水 洗酵母水 啤酒过滤用水等也或多或少会进入啤酒 啤酒酿造水的性质 主要取决于水中溶解盐类的种类和含量 水的生物学纯净度 及气味 酿造水对啤酒生产全过程将产生很大的影响 如糖化时水解酶是活性和稳定 性 酶促反应的速度 麦芽和酒花在不同含盐水中溶解度的差别 盐和蛋白质及酚类 物质的絮凝沉淀 酵母生长 发酵风味物质的形成等 最终还将影响到啤酒的风味物 和稳定性 4 第一章 全厂工艺论证 1 21 2 麦芽制备麦芽制备 现代啤酒生产 工业化程度越来越高 啤酒工厂一般不自行生产麦芽 而是从专 门的麦芽生产工厂购买所需麦芽 以达到降低生产成本的目的 1 31 3 麦芽汁制备工艺麦芽汁制备工艺 1 3 11 3 1 概述概述 麦汁制造是将固态的麦芽 非发芽谷物 酒花用水调制加工成澄清透明的麦芽汁 的过程 制成的麦汁供酵母发酵 加工制成啤酒 麦汁制造过程包括 原料的粉碎 原料的糊化 糖化 糖化醪的过滤 混合麦汁 加酒花煮沸 麦汁处理 澄清 冷却 通学的加工过程 下图为啤酒酿造工艺流程图 酒花 麦芽 粉碎 糖化锅 过滤槽 煮沸 玉米 粉碎 糊化锅 旋涡沉淀槽 麦汁冷却机 发酵罐 啤酒过滤机 清酒罐装机 灌装机 熟啤 1 3 21 3 2 麦汁制造的工艺要求麦汁制造的工艺要求 1 原料中有效成分得到最大限度的萃取 主要指原料和辅料中的淀粉转变成可 溶性无色糊精和可发酵性糖类的程度 这关系到麦汁的收得率和原料利用率 和啤酒 四川理工学院毕业论文 5 生产成本直接挂钩 2 原料中无用和有害的成分溶解最少 主要指麦芽的皮壳物质 原料的脂肪 高分子蛋白质等 这些物质会影响到啤酒的风味和稳定性 在麦汁制造中减少溶解 这些物质或通过麦汁处理使其减少是提高啤酒质量的关键之一 3 制成麦汁的有机和无机组分的数量和配比应符合淡色啤酒的要求 啤酒风格 和类型的形成 除了酵母品种发芽技术外 麦汁组成是主要的物质基础 4 保证上述三点原则的前提下 缩短生产时间 降低工时和能耗 麦汁制造是 加热和冷却的过程 所需热能占啤酒制造总热能的 55 以上 麦汁制造工艺和设备应 注意热能的利用 1 3 31 3 3 麦芽与玉米的粉碎麦芽与玉米的粉碎 麦芽和玉米的粉碎是为了使整粒谷物经过粉碎后 有较大的比表面积 使物料中 储藏的物质增加和水 酶的接触面积 加速酶促反应及物料的溶解 在啤酒生产中 不但要考虑物料粉碎操作的经济性 更应考虑啤酒酿造的特殊要 求 1 麦芽皮壳若粉碎过细 会增加皮壳有害物质的溶解 影响啤酒风味 2 皮壳 和原料物质中不溶性物质粉碎过细 会增加过滤阻力 影响过滤操作 3 淀粉等储藏 物质的粉碎细度 不但影响酶促反应速率 也影响到反应深度即影响到麦汁组成 1 麦芽的粉碎 麦芽粉碎的方法主要有 干法粉碎 湿法粉碎 回潮干法粉碎以及连续调湿粉碎 本设计中麦芽采用湿法粉碎 麦芽在预浸麦槽中用温水 20 50OC 浸泡 10 20 分钟 使麦芽含水量达到 25 30 放走浸泡水 用加料辊把麦芽加入到粉碎机中 带水粉碎 粉碎物在匀 浆槽中加入 30 40OC 糖化水 匀浆后用醪泵送至糖化锅 粉碎机的对辊为锥形辊 直径 250mm 长为 1250mm 拉丝 辊间距为 0 5mm 转速为 2500 转 分 湿法粉碎全部操作有 浸渍 磨碎 匀浆 0 5 2 小时内完成一次投料 根据日 加工量 选取适当的机器台数 粉碎过程中应尽量缩短麦芽在机器内的停留时间 以防止受到污染 如弃去浸泡 水 可提高啤酒质量 但会损失浸出物 0 5 1 0 湿法粉碎麦芽皮壳充分吸水变 6 第一章 全厂工艺论证 软 粉碎时皮壳不易磨碎胚乳带水碾磨均匀 糖化速度快 湿法粉碎可提高过滤速度 20 25 或提高投料量 麦糟层厚度可高达 500 600mm 但不影响过滤 2 玉米的粉碎 玉米应当适当地磨细 依靠机械剪切力 使谷物淀粉颗粒的细胞壁被撕开 磨得 愈细 糊化和液化愈容易 但磨得太细时 也会撕碎谷物中蛋白质 是麦芽醪过滤困 难 麦汁混浊 一般原料以通过 40 目筛为宜 1 3 41 3 4 啤酒糖化的其他辅料啤酒糖化的其他辅料 在啤酒麦汁制造的原料中 除了主要原料大麦麦芽以外 还包括特种大麦 小麦 麦芽以及辅助原料 1 啤酒生产中使用辅助原料的意义 1 降低啤酒生产过程的成本 将大麦制成麦芽 其价格约增加 70 100 浸出物含量减少 10 麦芽的价 格远远高于不发芽的大麦 小麦 玉米 大米等谷物 在麦汁制造中使用适当比例的 辅料 虽然要增加辅料价格设备 有热能消耗 有时还需增加酶制剂等费用 但总成 本是降低的 所以 具有经济性 2 降低麦汁总氮 提高啤酒稳定性 由于大多数辅料 大米 玉米 糖和糖制品等 含有可溶性氮很少 它们只提供 麦汁浸出物中糖类 几乎不给麦汁带来含氮组分 因此 可以降低麦汁总氮 同时可 相对减少麦汁中高分子含氮化合物的比例 可以提高啤酒的非生物稳定性 3 调整麦汁组分 提高啤酒某些特性 使用除大麦以外的其他辅料 由于它们很少含有多酚类化合物 故可提高啤酒非 生物稳定性和降低啤酒的色泽 小麦 大麦中含有丰富的糖蛋白 故可提高啤酒泡持 性 使用蔗糖和糖浆作辅料 可以提高啤酒的发酵度 酿制色泽浅 口味爽快的啤酒 在本设计中选用大米作辅料 2 大米做啤酒辅料的特性 大米 玉米 小麦 大麦 糖和制品等是大多数国家为降低成本和麦汁总氨含量 四川理工学院毕业论文 7 调整麦汁成分 提高啤酒发酵度 提高啤酒稳定性和改善啤酒风味作为麦芽的辅料 其用量一般为 20 30 大米是最常用的辅助原料 其特点是价格较低 而淀粉含量远高于麦芽 多酚物 质与麦芽蛋白质含量 则较麦芽为低 添加大米的啤酒色泽浅 口味清爽 泡沫细腻 酒花香味突出 非生物稳定性比较好 特别适宜制造下面发酵的淡色啤酒 四川大米 多 原料易收集 1 3 51 3 5 酒花的添加酒花的添加 酒花属蔓性草本植物 自公元 9 世纪酿造啤酒添加酒花为香料以来 酒花一直是 啤酒生产的香料 酿造啤酒用成熟雌花 酒花中对酿造有意义的三大成分是酒花树脂 酒花酒和多酚物质 它们赋予啤酒特有的香味和爽口的苦味 酒花树脂还具有防腐的 能力 多酚物质的单宁 则具有澄清麦汁的作用 添加酒花的作用是 赋予啤酒特有 的香味 爽品的苦味 增加啤酒的防腐能力 提高啤酒的非生物稳定性 添加酒花颗 粒量 0 28 分三次添加 第一次 煮沸 5 10 分钟后 添加苦型酒花 总量的 5 10 作用为压泡 第二次 煮沸 30 40 分钟后 添加苦花 占酒花总量的 55 60 主要为萃取 酸 并促进异构 第三次 煮沸后 80 85 分钟 添加香 花 占酒花总量 30 40 作用为萃取芳香物质 提高酒花香味 酒花颗粒较全酒花均匀一致 添加煮沸麦汁中极易分散 酒花利用率可提高 10 25 麦汁煮沸后不需要酒花分离器 用回旋沉淀槽极易分离残渣 麦汁损失也少 贮存与 运输体积较全 酒花减少达 80 以上 使用和贮藏却更为方便 1 1 3 63 6 糖化法选用双醪二次煮出法糖化法糖化法选用双醪二次煮出法糖化法 1 目的 要求及控制方法 糖化是将麦芽和辅料中高分子物质机器分解产物 淀粉 蛋白质 植酸盐 半纤维素 等机器分解中间产物 通过麦芽中各种水解酶的作用 以及水和热能作用 使之分解 并溶解于水 此过程称作糖化 溶解的各种干物质称作浸出物 而构成的澄清溶液称 作麦芽汁或麦汁 麦汁中浸出物的含量和原料中干物质的比称无水浸出率 麦汁的组 成 颜色将直接影响到啤酒的品种和质量 糖化工艺和原料 水 电 汽以及热量的 消耗 与生产成本密切相关 因此糖化过程是啤酒生产中的重要环节 糖化中的工艺控制 主要通过下列环节来进行 8 第一章 全厂工艺论证 1 麦芽的质量 辅料的种类及其配料比 2 麦芽及非发芽谷物的粉碎度 3 控制麦芽中各水解酶的作用条件及其 如温度 pH 底物浓度 作用时间 4 加热的温度和时间 5 需通过外加酶制剂 酸 无机盐进行调节 2 糖化时的主要物质变化 原料麦芽的无水浸出物 仅占 17 左右 非发芽谷物更少 经过糖化过程的酶促 分解和热力的作用 麦芽的浸出率提高到 75 80 玉米的无水浸出率提高到 90 以上糖化过程提高了原料和辅料的浸出率 糖化过程中原料和辅料的分解深度即分解 产物的基本要求是 淀粉被最大限度的分解成可溶性无色糊精和麦芽糖等可发酵性糖类 二者之间有 一定的比例 淀粉的分解产物站到麦汁组成的 90 以上 麦汁中以麦芽糖为主的可发酵糖类供 酵母发酵产生酒精及副产物 低聚糊精是构成啤酒残余浸出物的主体 它给啤酒带来 粘度和口味的浓醇性 啤酒原料的利用率主要取决于淀粉的利用率 优良的糖化工艺 可使淀粉分解以后 99 进入麦汁 麦芽中高分子物质和肽类 在糖化时得到进一步分解 但分解程度及比例远远低 于发芽过程 本设计中采用二次煮出糖化法 二次煮出糖化法适合于淡色啤酒酿造 其特点如下 1 辅料加水比较大 1 6 以上 并且尽可能外加 淀粉酶 协助帮助糊化 液化 避免过多添加麦芽 在糊化煮沸时促进皮壳溶解形成焦糖 类黑精 2 辅料比较大 大米可占到总投料的 30 40 3 辅料糊化醪分两次倒入糖化锅 4 大米糊化醪倒入时 调整 H 至 5 3 蛋白质休止温度为 50 520C 时间为 20 分钟 5 采用二段式糖化温度 提高可发酵性糖含量 四川理工学院毕业论文 9 6 第二段 700C 糖化休止 由碘试至醪不变色时 再升温至 750C 时糖化结束 二次煮出糖化法曲线如下 100 75 50 25 1 2 3 4 时间 h 各段曲线的操作 1 麦芽粉投入糖化锅 与 37 度热水混合 并与 35 度进行酸休止保温 30 60min 2 将 1 3 左右的浓麦醪通过倒醪泵送至糊化锅 加热至 50 保温 10min 再以 1 min 的速度升温到 100 3 煮沸醪泵回糖化锅边搅拌 边漫漫泵入 休止 20 90min 4 将糖化锅内 1 3 左右的浓醪第二次泵入糊化锅内至 70 保温 10min 再以 1 min 的速度升温到 100 煮沸 10min 注 实线为糖化曲线 虚线为糊化曲线 温度控制 1 糊化阶段 温度 10 第一章 全厂工艺论证 麦芽粉可先用 35 37 左右的温水浸泡 10min 左右 有利于麦芽粉中的的酶的浸出 然 后升温到 50 保温 30 120 分钟蛋白质分解 而糊化锅内的大米粉和少量麦芽粉在用温 水浸渍后则升温到 45 50 这个温度有利于蛋白质的分解 保温 20 分钟左右开始缓 慢升温到 70 此过程约耗时 10min 70 是 淀粉酶的最适温度 这一温度保持 20min 左右 大米淀粉大部分被糊化 然后经过 15 分钟左右加热到煮沸 糊化完成将 醪液通过糖化锅 此时糖化锅内温度约为 65 68 2 糖化温度的阶段控制 1 35 40 浸渍阶段 有利用酶的浸出和酸的形成 并有利于 葡萄糖的分解 2 45 55 蛋白质分解阶段 温度偏向氨基酸生成量相对多些 温度偏向上限 可溶性氮生成多些 对溶解性良好的麦芽来说 温度可以偏 离一些 蛋白质分解时间 可短一些 对溶解不良的麦芽 温度应控制偏低 并延长蛋白质分解时间 由于所先 麦芽溶解性较高故选择蛋白质分解温度为 50 时间为 60min 有利于充争分解 3 62 70 糖化阶段 在 62 65 下 生成的可发酵性糖较多 适于制造高发酵 度啤酒 控制在 65 70 则麦芽的浸出率相对增多 可发酵糖相对减少 适于制造低发 酵度啤酒 控制 65 糖化 可得到较高的可发酵浸出物收得率 糖化温度偏高 有 利于 淀粉酶作用 糖化时间缩短 生成的非糖比例高 故 先用 65 糖化 既保证 了可发酵浸出物得收率 又使糖化时间不会太长 4 75 80 糊精化阶段 在此温度下 淀粉酶仍起作用 残留的淀粉可进一步分解 故 在第二次煮出 时采用此温度 提高原料利用率 1 3 71 3 7 麦芽醪的过滤麦芽醪的过滤 在本设计中麦汁的过滤采用过滤槽进行 操作如下 1 进醪前 从麦汁引出管进 78 C 热水直至溢过滤板 预热槽壁及排除管 筛底 的空气 2 泵入糖化醪 送完后开动耕糟机保持 3 5 分钟 使糖化醪均匀分布 3 静止 10 30 分钟 使醪沉降 形成滤层 4 通过麦汁阀或麦汁泵抽出混浊麦汁 回到槽内重新过滤 直至麦汁澄清 5 进行正常过滤 注意调节麦汁流量 逐步减少 收集头号麦汁 一般持续 45 90 分钟 6 待麦糟将露出时 开动耕糟机 将麦糟疏松 四川理工学院毕业论文 11 7 喷水洗糟 采用连续或分 2 3 次洗糟 同时收集二滤麦汁 此操作也需回流 澄清 8 带洗糟残液浓度降到工艺值 0 1 P 1 0 P 或 3 0 P 时 结束过滤 旋 转耕糟机刀或出糟刀 打开麦糟排出阀 排走麦糟 然后清洗过滤槽 过滤工艺控制 1 过滤时间尽量缩短 麦芽应粉碎适当 溶解良好 2 过滤时保持温度不变 73 76 C 之间 若麦糟降温将导致收缩 过滤阻力增 加 3 糖化醪 H 维持在 5 5 5 75 之间 4 头号麦汁收集量 和浓度 取决于混合原料的浸出物含量和加水比 5 洗糟水将参与二 三滤麦汁 所以洗糟要用酿造水 洗糟时麦糟 H 会逐步增 加 若 H 超过 6 0 将不利于过滤和麦汁组分 此时应调节 H 至 5 3 5 6 并且水温 应高于糖化醪过滤温度 1 3 81 3 8 麦汁的煮沸 酒花麦汁的煮沸 酒花 1 目的 1 蒸发水分 浓缩麦汁 过滤后的麦汁其浓度低于需定型浓度 约 1 0 1 5 P 通过煮沸 蒸发浓缩 方可达到规定浓度 2 灭酶和杀菌 过滤后麦汁中残留有少量酶类 为保证酿造过程中麦汁组分的一 致 需通过加热使酶钝化 同时杀菌 以保证发酵的安全性 3 蛋白质变形和絮凝 煮沸时利用蛋白质热变性与单宁结合等反应使麦汁中高分 子蛋白质变性和絮凝以便除去 4 浸出酒花中物质 5 排除麦汁异杂臭气 2 煮沸设备 1 麦芽汁过滤之后应尽快进行煮沸 该操作在煮沸锅内完成 本设计中采用 W 型 夹套煮沸锅进行煮沸 麦汁煮沸时 受热均匀 对流较好 煮沸强度适中 锅底不易 结垢 便于清洗 煮沸锅夹套加热面积 可由煮沸麦汁量 煮沸强度及最终定型麦汁浓度情况 综 12 第一章 全厂工艺论证 合算得 2 麦汁煮沸 H 麦汁煮沸时的 H 取决于煮沸前麦汁的 H 煮沸中热凝固物蛋白质沉降 磷酸盐 形成等都会使 H 上升 而由于酒花的溶解 温度的升高 H 有所下降 整个煮沸过 程 H 变化在 0 2 0 4 之间 表 1 1 麦汁煮沸 pH 及效果 混合麦汁 10 8OP 蒸发强度 8 pH6 5pH6 0pH5 6pH5 2 冷麦汁中热凝固氮 mg L 麦汁情况 52 极浑浊 38 浑浊 25 较清 15 清絮状块 3 酒花的添加 酒花添加量应依据酒花质量 消费者习惯 啤酒品种 浓度等不同而不同 为便 于物料衡算 酒花添加量定为 0 2 但实际生产时由于酒花品质 添加时间和方法 发酵条件 酵母品种等条件的不同或变动 酒花中有效物的损失变化很大 应根据以 上情况 在衡算基础上做一定的调整 酒花添加分三次完成 煮沸时间 90 分钟 操作如下 第一次 煮沸 5 10 分钟后 添加苦型酒花 总量的 5 10 作用为压泡 第二次 煮沸 30 40 分钟后 添加苦花 占酒花总量的 55 60 主要为萃取 酸 并促进异构 第三次 煮沸后 80 85 分钟 添加香花 占酒花总量 30 40 作用为萃取芳 香物质 提高酒花香味 1 3 91 3 9 麦汁的处理麦汁的处理 从煮沸锅放出的定型热麦汁 进入发酵以前还需要进行一系列处理 酒花糟分离 热凝固物分离 冷凝固物分离 冷却 充氧等 才能成为发酵麦汁 麦汁处理要求是 四川理工学院毕业论文 13 1 尽可能将引起啤酒非生物混浊的冷 热凝固物分离 2 麦汁处于高温时 尽可能减少空气接触 防止氧化 麦汁冷却后 在发酵前 补充 适量空气 供酵母前期呼吸 3 麦汁处理各工序中 严格杜绝有害微生物的污染 麦汁处理因使用设备和要求不同 流程很多 经比较本设计采用以下流程对麦汁 进行处理 煮沸锅 热麦汁 泵 回旋沉淀槽 薄板冷却系统 通风 发酵 充氧 酒花糟 热凝固物 无菌空气 1 酒花分离 使用酒花球果 并加入到煮沸锅的工艺 在煮沸结束后应尽快分离出酒花糟 我国 广泛使用带筛孔的酒花分离器 每千克酒花球果 在废酒花糟中 吸附约 6 7L 麦汁 为使损失降低 可用热水洗 涤 降低酒花糟中残余物浓度 每千克酒花约产生含水 85 的废糟 3 千克 2 热凝固物的分离 1 热凝固物成分 糖化醪过滤后得到的麦汁中含有水溶性的清蛋白和少量盐溶性蛋白质以及肽段 这 些物质在煮沸时变性和多酚结合形成热凝固物 2 回旋沉淀槽分离热凝固物 本设计中采用回旋沉淀槽沉淀法分离热凝固物 利用麦汁离心力分离实现分离 A 结构 尺寸特性 H麦汁 D 1 1 5 2 0 H麦汁 3 0 麦汁切线进槽速度 v 10 20 B 原理 热麦汁经泵加速 由槽切线方向进槽 麦汁在槽内旋转 产生的离心力 由于槽 14 第一章 全厂工艺论证 壁作用产生的离心力反作用力将热凝固物推向槽底部中央 热凝固物在槽内的沉淀情况和以下因素有关 a 麦汁切线速度 它决定麦汁在槽内的旋转速度 旋转速度应达到 5 8 周 分钟 b 热凝固物大小 c 麦汁粘度 C 操作工艺和效果 操作 进罐 20 30 分钟 静置 40 80 分钟 出罐 30 40 分钟 除渣情况 20 30 分钟 作业周期 100 140 分钟 3 冷凝固物分离 本设计采用浮选法对冷凝固物进行分离 浮选法的原理是将无菌空气通入冷麦汁 冷凝固物吸附于气泡并随着汽泡上升至液面 将冷凝固物分离 浮选法是目前去除麦汁中冷凝固物的最好方法 其特点是简单 投资少 不产生环 境污染 提高成品啤酒非生物稳定性 冷凝固物去除效果较好 1 3 101 3 10 麦汁的充氧麦汁的充氧 1 热麦汁的氧化 麦汁在高温下接触氧 此时氧很少以溶解形式存在 而是和麦汁中物质发生氧化 反应 麦汁在高温下 60OC 以上 应该严格隔绝空气 隔氧操作是酿造淡爽型啤酒的 关键 2 冷麦汁的充氧 麦汁冷却至发酵接种温度以后 即使与氧接触 氧化反应也较微弱 氧在麦汁中 呈溶解状态 是酵母前期繁殖必需的 麦汁中氧气的溶解度 与麦汁中氧分压成正比 与麦汁温度成反比 麦汁浓度增 加将减少饱和溶氧量 四川理工学院毕业论文 15 充氧操作为 麦汁温度降至 6 OC 以下 空气通风 10 OP 麦汁饱和溶氧量约为 9 9ml L 若采用纯氧 溶氧将达到 40ml L 以上 一般只有快速发酵法生产啤酒时采用纯氧 普通啤酒发酵采用压缩空气通风 即将无菌 无油的压缩空气在麦汁冷却的输送线路 中 通过文丘里管或不锈钢舌片混合器 肽管混合器 在线上充氧 此外麦汁应采取分批进罐 冷麦汁通风时间 宜早不宜晚 最后 1 2 批进罐麦汁 不再通风 因为通风太迟 会延长酵母停滞期 增加双乙酰 并使罐中泡沫增加 影 响罐容积 1 41 4 啤酒发酵啤酒发酵 1 4 11 4 1 啤酒发酵机理啤酒发酵机理 啤酒是依赖于纯种啤酒酵母 对麦汁某些组分进行一系列的代谢过程 产生酒精 等各种风味物质 构成有独特风味的饮料酒 影响啤酒质量的主要因素 1 麦汁组成 2 啤酒酵母的品种的菌株特性 3 投入酵母的数量的质量状况 以 及发酵中酵母的生长情况 4 发酵容器的形状 尺寸 材料 5 发酵工艺条件 pH 温度 溶氧水平 发酵时间等 1 4 21 4 2 啤酒发酵啤酒发酵工艺工艺 传统式分批发酵 每批定型麦汁经过添加酵母 前发酵 主发酵 后发酵和储酒 等阶段 本次设计采用圆筒体锥底发酵罐发酵工艺 1 前发酵 1 酵母添加量 本设计分批发酵采用低温 缓慢发酵 因此接种量比较小 接种量后细胞浓度控 制在 5 12 10 个 设酵母泥浓度为 20 10 个 工厂规定接种后酵母浓度为 8 10 个 则每 K 麦汁接种酵母泥克数 8 10 1000 20 10 4 即接种量为 0 4 16 第一章 全厂工艺论证 2 前发酵 所谓前发酵 就是指接种酵母泥处于休眠阶段 酵母和麦汁接触后 有较长 数 小时至十小时 的生长滞缓期 之后才能加入出芽繁殖 当酵母克服生长缓滞期 出 芽繁殖细胞浓度达到 20 106个 ml 发酵麦汁表面开始起泡 此阶段即为前发酵 2 啤酒主发酵 主发酵前期酵母吸收麦汁中氨基酸和营养物质 应用糖类发酵合成细胞并产生热 量 此时糖降比较缓慢 而氨基氮下降迅速 由于有机酸和麦汁缓冲物质减少 pH 下 降迅速 酵母达到最高浓度时 糖降最快 每天外观浓度降可达 1 5 2 0oP 此阶段 大量废热产生 必须进行冷却 主发酵后期每日糖降小于 0 3 oP 时 发酵缓慢 泡沫消失 逐步形成泡盖 泡盖 是 CO2带至发酵液面的多酚 酒花树脂 蛋白质等被氧化 聚合形成的 在主发酵结束 前 捞去泡盖 即可进行后发酵和回收凝聚酵母泥 3 后酵和储酒 主发酵结束后 下酒至密闭式后发酵罐前期进行后发酵 后期进行低温储藏 后 酵和储酒的目的是 糖类继续发酵 促进啤酒风味成熟 增加 CO2溶解 促进啤酒澄清 1 4 31 4 3 发酵温度发酵温度 酵母增殖浓度高 氨基酸同化率高 pH 值降低迅速 高分子蛋白质多酚和酒花沉 淀较多 不但易酿成淡爽啤酒而且在相同贮酒期可以酿成非生物稳定性好的啤酒 本 次设计是酿造 10oP 淡色啤酒 因此采用低温发酵 起酵温度为 6 随着酵母细胞的 繁殖 温度会逐渐升高 进入主发酵后 温度通过冷却夹套控制在 9 10 后发酵温 度同样控制在 9 10 发酵结束后经过冷却 发酵液降温至 1 第一章 全厂工艺论证 17 1 4 41 4 4 罐压 罐压 CO2CO2 浓度对发酵的影响浓度对发酵的影响 过去传统发酵均为敞口式发酵 主 近代不论大罐还是传统发酵池均采用密闭 式发酵 为了回收 CO2 主酵采用带压发酵 人民发现绝大多数酵母菌株 在有罐压下 发酵 均发现酵母增殖浓度减少 发酵滞缓 代射产物也减少 为了改善啤酒风味 节省原料 提高澄清度应用酶制剂 增加未发芽辅料用量 采用高浓度酿造 稀释啤 酒 固定化技术及反应器 抗氧化技术等成为现代啤酒研究的特点 在发酵过程中 发生一系列的生物化学反应 由于酵母的作用 麦汁中的可发酵性糖降低 其降低的 程度可用发酵度表示 发酵度是指随着发酵的进行 麦汁中的比重逐渐下降 亦即浸 出物浓度逐渐下降 下降的百分率称为发酵度 发酵度 E E E 100 式中 E 发酵前麦汁的浓度 E 发酵后的麦汁的浓度 一般主酵结束 糖度 3 5 5 5 pH 4 2 4 4 中等发酵度的啤酒 发酵度为 62 64 1 4 51 4 5 啤酒的过滤啤酒的过滤 经过后发酵的成熟 大部分蛋白质颗粒和酵母已沉淀 少量悬浮于酒中 须滤除 方能包装 这里选用硅藻土过滤法进行过滤 硅藻土密度小 100 250kg m3但比表面 积却很大 约 1 2 万 m2 kg 粒度 2 100这种颗粒能提供极大的吸附和渗透能力 m 能滤降 0 1 1 0的粒子 且其化学性能稳定 m 18 第二章 工艺计算 第二章 工 艺 计 算 2 1 物料衡算 2 1 1 定额指标 2 1 1 1 物料情况 1 麦芽含水量 5 大米含水量 13 2 原料利用率 98 5 3 无水浸出率 无水麦芽 75 无水大米 92 4 原料配比 麦芽 大米 70 30 2 1 1 2 热麦汁损失 冷却损失 4 过滤损失 0 5 发酵损失 1 瓶装损失 0 5 总损失 6 每年第二 三季度为生产旺季 产量占年总产量的 70 工作日以 170 天计 年 产 9 P 淡色啤酒 10 万吨 2 2 发酵车间物料衡算 发酵车间的物料平衡计算主要项目为原料 酒花用量 冷 热麦汁量 废渣量等 2 2 1 发酵车间物料流程示意图如下 粉碎 粉碎 糊化 粉碎 过滤 粉碎 水蒸汽 粉碎 糖化 粉碎 薄板冷却器回旋沉淀槽 粉碎 酒花分离器 粉碎 麦汁煮沸锅麦槽 粉碎 大米 四川理工学院毕业论文 19 图 2 1 根据额定指标 首先进行 100kg 原料生产 9 P 淡色啤酒的物料衡算 然后进行 100L9 P 淡色啤酒的物料衡算 最后进行 100000 吨 年发酵车间的物料衡算 2 2 2 100kg 原料 70 麦芽 30 大米 生产 9 P 淡色啤酒的物料衡算 1 热麦汁量 根据定额指标可得到原料收率分别为 麦芽收率为 0 75 100 6 70 5 大米收率为 0 92 100 13 80 04 混合原料收得率为 0 7 70 5 0 3 80 04 98 5 72 26 由上述算得 100kg 混合原料可制得的 9 P 热麦汁量为 72 26 9 100 802 89 kg 又知 9 P 麦汁在 20 C 时的相对密度为 1 018g cm3 而 100 C 热麦汁比 20 C 时的体积增加 1 04 倍 故热麦汁体积为 802 89 1 018 1 04 820 24 L 2 冷麦汁量为 820 24 1 0 04 787 43 L 3 发酵液量为 787 43 1 0 01 779 56 L 4 过滤酒量为 779 56 1 0 005 775 66 L 5 成品啤酒量为 775 66 1 0 005 771 78 L 2 2 3 生产 100L 9 P 淡色啤酒的物料衡算 根据上述衡算结果知 100kg 混合原料可生产 9 P 成品啤酒 771 78 L 故可 得出下列结果 1 生产 100L 9 P 淡色啤酒需混合原料量为 100 771 78 100 12 96kg 酒花糟 粉碎 冷凝固物 发酵 热凝固物 20 第二章 工艺计算 2 麦芽耗用量为 12 96 70 9 072 kg 3 大米耗用量为 12 96 9 072 3 888 kg 4 酒花耗用量 浅色啤酒酒花加入量为 0 2 820 24 771 78 100 0 2 0 213 kg 5 热麦汁量为 820 24 771 78 100 106 28 L 6 冷麦汁量为 787 43 771 78 100 102 03 L 7 CO2 9 P 冷麦汁 102 03L 中浸出物为 102 03 1 04 0 16 13 79 kg 麦汁的真正发酵物为 60 则可发酵的浸出量为 13 79 60 8 274 kg 麦芽糖的化学反应式为 C12H22O11 H2O 2C6H12O6 2C12H22O11 4C2H5OH 4CO2 56kcal 设麦芽汁中浸出物军为麦芽糖构成 则 CO2 生成量为 8 274 4 44 342 可 其中 44 为 CO2 分子量 342 为麦芽糖分子量 设 9 P 啤酒含 CO2 为 0 4 酒中含 CO2 102 03 1 04 0 4 0 4244 kg 释出 CO2 量 4 258 0 4244 3 834 kg 1m CO2 常压下重 1 832 kg 故释放 CO2 容积为 3 834 1 832 2 093 m 8 酒花糟量 设酒花浸出率为 40 且酒花糟含水 80 则酒花糟量为 1 40 1 80 0 213 0 639 kg 9 酵母量 以商品干酵母计 生产 100L 啤酒可得 2kg 湿酵母泥 其中一半生产接种用 一半作商品酵母用 四川理工学院毕业论文 21 即为 1kg 湿酵母泥含水 85 酵母含固形物量 1 100 85 100 0 15 则需要含水分 7 的商品干酵母量为 0 15 100 100 7 0 16 Kg 10 空瓶需要量 设每瓶装酒量为 0 64L 则每 100L 需瓶量为 100 0 64 1 0 015 158 6 个 11 瓶盖需要量 设爆瓶率为 1 则瓶盖需要量为 100 0 64 1 01 157 8 个 12 商标需用量 100 0 64 1 001 156 40 张 2 2 4 年产 10 万吨 10 P 淡色啤酒发酵车间物料衡算表 生产旺季以 170 天计 占总产量的 70 则旺季日产量为 100000 70 170 411 76 吨 天 设生产旺季每天糖化 6 次 旺季总糖化次数为 1020 次 淡季根据需要酌情调整 糖化次数 可算得每次糖化可产成品啤酒量 灌装后 为 411 76 6 68 63 吨 天 由此可算出每次投料量和其它项目的物料平衡 1 成品啤酒量 罐装前 68 63 1000 1 0 5 1 00825 68850 L 2 麦芽用量 68850 711 78 70 6771 kg 3 大米用量 68850 711 78 30 2902 kg 4 混合原料用量 6771 2902 8921 kg 5 热麦汁量 68850 711 78 820 24 79341 L 22 第二章 工艺计算 6 冷麦汁量 68850 711 78 787 43 76168 L 7 湿糖化糟量 68850 711 78 96 82 8268 89 kg 8 湿酒花糟 68850 711 78 3 45 439 95 kg 9 发酵液量 68850 711 78 779 56 75406 L 10 过滤酒量 68850 711 78 775 66 75029 L 由于旺季产量占到全年产量 70 由此可算得全年产量 68850 6 170 70 1 003 108 以单次糖化生产做基准 可算得各个项目全年状况如下 1 全年混合原料需要量 9673 6 170 70 1 409 107 kg 2 全年麦芽耗量 6771 6 170 70 9 87 106 kg 3 全年大米耗量 2902 6 170 70 4 23 106 kg 4 全年酒花耗量 146 65 6 170 70 2 14 105 kg 5 热麦汁量 79341 6 170 70 1 156 108 L 6 冷麦汁量 76168 6 170 70 1 1099 108 L 7 全年湿糖化糟量 8268 89 6 170 70 1 205 107 kg 8 全年湿酒花糟量 439 95 6 170 70 6 41 105 kg 9 全年发酵液量 75406 6 170 70 1 0988 108 L 四川理工学院毕业论文 23 10 全年过滤酒量 75029 6 170 70 1 0933 108 L 11 全年成品啤酒量 68850 6 170 70 1 0032 108 L 表 2 1 发酵车间物料衡算表 物料名称单位对 100kg 混合 原料 100L9 P 淡色 啤酒 糖化一次定额10 万吨 年啤酒 生产 混合原料Kg10012 96 96731 409 107 麦芽Kg709 072 67719 87 106 大米Kg303 88829024 23 106 酒花Kg1 20 213146 652 14 105 热麦汁L820 24106 3793411 156 108 冷麦汁L 787 43102 0761681 1099 108 湿糖化糟Kg96 8212 018268 91 205 107 湿酒花糟Kg3 450 64 439 956 41 105 发酵液L 779 56103 6754061 0988 108 过滤酒L775 66102 1750291 0933 108 成品啤酒L 771 7100 688501 0032 108 2 3 工艺耗水量计算 含冷水 2 3 1 糖化用水 糖化锅加水比为 1 3 5 原料每次加入量为 4928 977kg 则每次糖化锅中用水量为 4928 977 3 5 17251 490 kg 糖化用水时间为 0 5 小时 因此 每小时最大用水量 17251 490 0 5 34502 98 kg h 24 第二章 工艺计算 2 3 2 洗糟水用量 每 100kg 混合原料洗糟水用量为 450kg 则洗糟水用量为 6771 450 100 30469 5 kg 洗糟时间定为为 1 5 小时 则洗糟水最大用量为 30469 5 1 5 20313 kg h 2 3 3 CPI 装置洗涤用水 设配洗液一次用水 6t 用水时间为 1 小时 则 最大用水量 6 1 6 t h 2 3 4 CPI 系统配洗液用水 配洗液每次用水 20t 用水时间为 1 小时 则 最大用水量 20 1 20 t h 2 3 5 发酵罐清洗用水量 发酵罐清洗采用喷射清洗 使用CIP清洗洗涤 对内径为3 4m发酵罐采用中压清 洗 0 5 0 6 mPa 流量 每平方米内表面每小时需洗涤液0 2 m3 所考虑的原则是单位容积麦汁发酵产 生的代谢产物为常量 清洗基本方式 冲洗水泵无泡 2 4 碱液循环清洗30min 冲水至Ph为10 消毒剂循环杀菌10min以上 一般采用冷清洗 碱液用3 0 NaOH清洗液 发酵罐内表面积 由第3章计算知F内 278 m3 所以需碱液量 V 278 0 2 30 60 27 8m3 在13 38 m3碱液中含水 V水 27 8 1 3 26 966m3 若采用下列程序 步骤清洗介质清洗时间 min 预洗回收水 10 主洗硷液2 30 冲洗水 10 杀菌杀菌剂 40 清洗无菌水 20 总的洗液 V总 278 110 60 0 2 101 93 m3 h 四川理工学院毕业论文 25 忽略洗液中碱液和杀菌剂的含量 则用水量为101 93m3 h 2 3 6 发酵室洗刷用水 每天洗发酵罐一个 每个用水 12t 洗刷地板共用水 6t 用水时间设为 1 5 小时 则最大用水量为 12 6 1 5 12 t h 2 3 7 汉生罐及酵母扩大培养罐洗刷用水 设汉生罐及扩培罐等洗刷用水每次 20t 用水时间为 1 5 小时 则最大用水量为 20 1 5 13 5 t h 2 3 8 硅藻土过滤机洗刷用水 设硅藻土过滤机洗刷用水为 10t 地面洗刷用水 2t 用水时间 1 小时 则最大用 水量为 12t h 2 2 4 4 发酵车间耗冷衡算发酵车间耗冷衡算 2 4 1 主发酵期间每天每小时最大放热量 Q最大 啤酒生产与其他发酵工业生产的显著不同在于采用低温发酵 因此 在啤酒资料 报道 每 麦芽糖发酵的放热量为 418 6KJ 2 4 2 发酵过程中每个发酵罐被发酵掉的麦芽糖 W 为 WVrBf 麦汁麦汁 式中 V 每罐冷麦汁体积 110990 3 332970 L r 冷麦汁比重 1 0358 B 麦汁原始浓度 10 f 真正发酵度 60 故 W 332970 1 047 10 60 20917 2 4 3 每个发酵罐麦汁发酵过程中的放热量 为 2 Q 418 6W 418 6 20917 8755856 2 KJ 罐 2 Q 2 4 4 每罐发酵麦汁在主酵期间每小时最大放热量 Q最大为 Q最大 Q2 t 式中 发酵期间放热不平衡系数取 1 3 1 5 t 主发酵总时数h6 24144 则 Q最大 8755856 2 1 5 144 91206 8 KJ h 26 第二章 工艺计算 主发酵期为 6 天 每 16 小时麦汁满一个锥形发酵罐 则同时正进行主发 酵的锥形罐数 N 为 Nnt 式中 n 每天麦汁满锥形罐的数 t 主发酵天数 即 N 24 16 6 9 罐 故主发酵期间每天每小时最大放热量 Q最大为 Q最大 91206 8 9 820861 2 KJ h 2 4 5 主发酵期间酒精最大耗用D最大 发酵采用 4 稀酒精进行冷却 冷却后稀酒精温度升至 0 则 D最大 Q最大 C t2 t1 820861 2 3 725 4 55091 4 h 2 4 6 降温期耗冷量 2 Q 2 4 7 啤酒由 12 降至 7 每个发酵罐的耗冷量 2 1 Q 2 112 QVrC tt 式中 V 发酵液量 每罐 109880 4 329640 L r 发酵液比重 1 0358 h C 发酵液比热